برآورد سیلاب مبتنی‌ بر تخمین بارش با تئوری فرکتال و به‌کارگیری cn مستخرج از سنتینل 2 در مدل hec-hms (حوزۀ آبخیز تیره در منطقۀ بروجرد- دورود)

برآورد بارش طرح از مهم‌ترین اصول در مدیریت رواناب حوزۀ آبخیز محسوب می‌شود. ازسوی دیگر، استفاده از روش‌های با دقت بالا در محاسبۀ بارش و شمارۀ منحنی و به‌کارگیری آن‌ها در مدل‌های هیدرولوژیکی، باعث کاهش خطاهای ورودی مدل و افزایش دقت شبیه‌سازی می‌شود. به این منظور در این تحقیق، از روش فرکتال برای برآورد بارش و از مدل هیدرولوژیکی hec-hms برای برآورد دبی اوج و حجم سیل استفاده شد. در این مدل، برای شبیه‌سازی زیرحوضه‌ها از روش شمارۀ منحنی scs با هدف برآورد میزان تلفات، از روش «بازگشتی» برای برآورد آب پایه و از روش هیدروگراف واحد scs برای تبدیل بارش به رواناب استفاده شد. مدل براساس وقایع انتخابی بارش و دبی در تاریخ 17 تا 19 آوریل 2012 و 11 تا 16 آوریل 2016 بر مبنای فرایند بهینه‌سازی خودکار با تابع هدف ریشۀ میانگین مربعات خطا و حداکثر تعداد 100 تکرار با زمان توقف 0.01 و معرفی پارامترهای ورودی برای مراحل واسنجی و صحت‌سنجی اجرا شد. نتایج تحقیق درزمینۀ برآورد بارش براساس تئوری فراکتال و بررسی گشتاورهای آماری با استفاده از اطلاعات 12 ایستگاه در 7 دورۀ ‌بازگشت نشان داد که ‌داده‌های حداکثر شدت ‌بارش دارای ماهیت مونوفراکتالی است. به‌ عبارتی تغییرات توان مقیاس نسبت به ‌مرتبۀ آن کاملاً خطی است و با استفاده از ماهیت مونوفرکتالی می‌توان بین داده‌ها در تداوم‌های مختلف ارتباط برقرار کرد. نتایج تحقیق در بخش شبیه‌سازی بارش-رواناب با استفاده از مدل hec-hms نشان داد که برازش مناسبی بین مقادیر شبیه‌سازی و مشاهداتی وجود دارد؛ به‌طوری‌که ضریب نش-ساتکلیف در ایستگاه خروجی حوضه (تیرۀ دورود) در مرحلۀ واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب 0.744 و 0.683 به دست آمد. پیش‌بینی مدل براساس هایتوگراف بارش با روش‌های فرکتال و «قهرمان» مبین برازش بسیار مناسب مقادیر دبی اوج و حجم سیل 6 ساعته با ضریب نش-ساتکلیف بیش از 0.99 است. استفاده از cn حاصل از تصاویر سنتینل 2 در قیاس با لندست 8 به‌طور قابل توجهی روی هیدروگراف خروجی مدل hec-hms تاثیر داشته است؛ به‌طوری‌که باعث ارتقای ضریب نش-ساتکلیف از 0.56 به 0.74 در مرحلۀ واسنجی و از 0.39 به 0.68 در مرحلۀ صحت‌سنجی شده است. درمجموع نتایج تحقیق می‌تواند کمک موثری به افزایش دقت و نتایج بهینۀ مدل بارش-رواناب hec-hms نماید تا کارشناسان و مدیران اجرایی در مدیریت حوزۀ آبخیز به‌نحو مطلوب عمل ‌کنند.

estimating flood through the fractal theory-based precipitation estimation and the cn extracted from sentinel 2 in hec-hms model: a case study of thireh watershed in borujerd-dorud region

introduction: calculating the maximum precipitation intensity is a crucial practical aspect of designing water structures. however, considering the large number of parameters required for different return periods, the traditional method of using intensity-duration-frequency curves faces some practical constraints. moreover, the issue gets more complicated when there are insufficient statistical data concerning the intended basin. therefore, maximum precipitation intensity is commonly calculated via the fractal method that generates precipitation data for both long and short continuity periods as a self-similar method. on the other hand, as a commonly occurring phenomenon in rivers, flooding may bring about hazardous consequences, considering the fact that riverbanks are typically densely populated. therefore, having a profound knowledge of the hydrological system of the intended regions is required to prevent flooding. in this regard, hec-hms is commonly used as the most reliable hydrological model available to estimate the rainfall-runoff of watersheds, enabling the researchers to simulate watershed runoff and calculate the peak flood discharge for different return periods.material and methods: tireh watershed is located in the northernmost part of the karun watershed and the southern part of the ashtrinan study area (in dorud and boroujerd counties) between 28˚48 to ̍17˚49 eastern longitude and  ̍51˚33 to ̍35˚33 northern latitudes, covering an area of 2127.28 square kilometers. this study estimated the maximum design rainfall throughout the designated return, continuity, and certain continuity periods using the fractal theory and probability distribution of the generalized limit values of type 2. moreover, the downstream points of the sub-watershed were determined. also, the soil, vegetation, soil hydrological group, and land use maps were prepared and the pastures’ hydrological status was determined. finally, the value of the curve number of tireh basin’s sub-watersheds was estimated using the sentinel 2 images.the loss method was also calculated using the scs curve number model. on the other hand, the recession method was used to set the base flow method, and the routing was performed through the lag method. then, the rainfall-runoff model was calibrated from april 17 to 19, 2012, and the model was validated for the april 11 to 16, 2016 period. furthermore, the data regarding the extreme precipitation events and the hydrograph of the floods were used to calibrate and validate the hec-hms hydrological model. the model was then evaluated using r2, rmse, and nash-sutcliffe criteria. finally, the flood was estimated based on the modified parameters of the hec-hms model, and the precipitation data concerning different return periods were obtained via fractal theory.results and discussion: the results of the rainfall-runoff simulation suggested that the simulated hydrograph enjoyed a higher accuracy than the observed hydrograph, with the nash-sutcliffe coefficient being 0.74 and 0.68 during the calibration and validation periods, respectively. therefore, the accuracy of the model was confirmed for the prediction period. moreover, it was found that compared to the images collected from landsat 8, the application of cn that was obtained from sentinel 2 images significantly affected the output hydrograph of the hec-hms model, with the nash-sutcliffe coefficient increased from 0.56 to 0.74 and from 0.39 to 0.68 during the calibration and validation periods, respectively.